基于复合地基处理中强夯置换法的应用

张弘

（重庆中设工程设计股份有限公司，湖南 长沙 410004）

基于复合地基处理中强夯置换法的应用

张弘

（重庆中设工程设计股份有限公司，湖南 长沙 410004）

强夯置换法是从强夯法演化而来的一种新型地基处理方式，主要用于加固软弱的粘性土地基。在施工应用中，强夯置换法综合了强夯加固和复合地基的优点，不仅能够降低土体中的地下水位，充分提高土体的强度和地基的承载力，而且在应用范围、施工成本和缩短施工周期等方面都具有很大优势。简要介绍强夯置换法的分类及其加固机理，并以工程实例分析了其在复合地基处理中的设计、施工和质量控制要点。

强夯置换法；复合地基；加固；应用

1 强夯置换法及其分类[1-4]

介绍强夯置换法，就不得不提强夯法。强夯法通过重锤从高处落下对地基土产生冲击，从而提高了地基土的强度，同时也改善了土层的均匀性和压缩性。强夯法已经广泛应用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、杂填土、湿陷性黄土和素填土等地基的处理中。强夯置换法是在强夯法实践应用中逐渐发展起来的地基处理方法，主要适用于软弱粘性土地基。按照强夯置换方式的不同，可以分为桩式置换和整式置换两种，见图1。

图1 强夯置换法分类

（1）桩式置换法

桩式置换法是利用巨大的夯击能量将石块夯穿被加固土层并使块石沉底形成桩式或墩式的碎石墩或桩，形成的桩体与周围土体形成复合地基。由于散体材料桩体的直径一般较大，置换率较高，因此基底传导的荷载不再集中，而是分散到地基中的桩体上，从而使复合地基的承载能力大幅提高，其加固机理类似于振冲法等形成的碎石桩。与强夯法相比，桩式置换法可以应用在塑性指数较高的高含水量软粘土地基处理中。既具备了强夯加固的动力固结效应，又具备了桩体排水、加筋、置换、挤密的性能，因此减少了地基的变形，充分保证了地基的承载能力。为保证桩体的透水性、密实性，桩式置换材料必须选用粒径小于1/5夯锤直径的石渣等粗颗粒骨料，其含泥量一般不大于10%。

桩式置换法，宜采用隔空分序跳打的方式。桩式置换法的夯点可以根据被置换土体性质及上部结构布置成矩形或三角形，见图2。并根据具体情况分布夯点间距，对独立基础或条形基础可根据基础形状与宽度相应布置。在施工时，为防止夯击吸锤或夯坑进水，应在表面先铺垫2 m以上的碎石。之后以圆柱形夯锤夯出1.5～2.0 m的夯坑，然后在夯坑内填充粒径小于30 cm的石渣，填满夯坑后，再次进行夯击，夯出1.5～2.0 m夯坑后填满石渣，然后进行第三次夯击，至夯出1 m深度后，填平地面碾压。前两次夯击6击为宜，第三次夯3击，且夯沉量不超过5 cm。

图2 桩式置换法夯点布置及夯击顺序

（2）整式置换法

整式置换法与桩式置换法最大不同在于其主要应用于深度在4～10 m之间的淤泥质的地基加固中，是一种整体式的强夯置换法。此种方法通过强夯的冲击能将含水量高、具有触变性、抗剪强度低的淤泥挤开，置换成级配良好，透水性高，抗剪强度高的石渣或块石，从而形成应力扩散性能良好、密实度高、压缩性低、承载力强的承重骨架。其选用的填筑材料一般是粒径不超过1 m的块石或石渣。无论是淤泥质的带状路堤、还是防波堤地基，整式置换都能发挥出良好的应用效果。

整式置换前，首先应该挖除阻碍沉堤的路堤、塘堤及淤泥表面的硬壳，再进行抛石压载挤淤。整式挤淤置换宜采用整排施打方式，每排夯击顺序由抛填体中心向两侧逐点夯击，见图3。用50 t夯机时，主要采用二序施工法，以此来避免施工过程出现扇形布点。用100 t夯机时，主要采用一序施工法。

图3 整式置换法强夯顺序

2 复合地基处理中强夯置换法设计

强夯置换法在设计前必须通过现场试验来分析其其在复合地基处理中的适用性和应用效果。现场试验时，应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及建筑类型确定试验区的数量。并在施工现场有代表性的场地上选取若干试验区域，标出夯点位置，并测量场地高程进行试夯或试验性施工，并根据试夯情况校正地面抬高值。强夯设计时，尤其要注意以下几点：

（1）应科学评估施工环境的土质条件，并以此选取合适的强夯置换墩的深度，一般情况下，深度不宜超过7 m，除厚层饱和粉土外，强夯置换墩的深度应穿透软土层，并到达较硬土层上。

（2）设计墩位布置位置时墩间距应根据原土的承载力和荷载大小选定。对独立基础或条形基础墩间距可设置为夯锤直径的1.5～2.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.1～1.2倍。当墩间净距较大时，要适度加强顶层和基础的刚度。

（3）应根据现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定计算强夯置换地基的变形量。

3 强夯置换法施工要点及参数

一种科学的地基处理方法，离不开完善的理论和设计计算，同样离不开可靠的施工，强夯置换施工时有以下几个方面需要注意。

3.1 置换深度

强夯置换加固效果指标中,置换深度是一个关键性课题,难以预测,也难以控制。一般根据实际夯击时每次夯击深度之和与实际检测出的击数来综合判断。强夯置换的影响深度应由置换桩的长度和桩下被加密的土层组成，国内外置换实际深度一般在7 m以内为多。当夯坑过深而发生起锤困难时应立即停夯，并向坑内填料直至与坑顶齐平，记录填料数量，如此重复直至满足规定的夯击次数和控制标准完成一个墩体的夯击。当夯点周围软土挤出影响施工时，可随时清理并在夯点周围铺垫碎石，继续施工。

3.2 夯击过程控制

在夯击施工中，复合地基重复定位允许偏差应始终控制在20 cm以内。在每一遍夯击完成后，都需要实时检测地面隆起高度，夯实过程中，如果坑底倾斜度过大，必须及时用石料填充至地面平齐，然后再次夯实。强夯置换一般只能达到夯击时地面以下4 m处，在4 m以上，验算承载力时可以按照复合地基公式来计算夯击效果

式中：σp,σs分别为桩上的和桩间土上的应力(kPa)；σp/σp=n(n称应力比 )；m=Ap/A1,m为桩的面积率；Ap为桩的横截面积；A1为该桩承担的处理面积。

3.3 施工参数

在按照工程要求确定置换深度后，强夯置换的主要施工参数主要有：夯击能量、加固的有效深度、夯击遍数、夯点间距及间隙时间等。

（1）在确定了置换深度后，若夯击能量大于150 kN·m且置换深度大于3.5 m时，夯击能量的平均值和最低值一般按照以下公式确定：

式中：E为夯击能量，kN·m；El为夯击能量最低值，kN·m；D为墩深（置换深度m）。

实际应用的能量值一般介于平均值和最低值之间。

（2）有效加固深度是由碎石（墩）的深度（即置换深度）和墩下土性有明显改变的范围（即加密区范围）两部分相加而成。

（3）夯点间距：合理的夯点间距通常由土的隆起不至于影响已打好的相邻墩体变松来决定。根据实际施工经验，为了加大置换率，可以在保持最小合理间距的情况下不按正方形布点而按照等边三角形布点。

4 结语

在确定地基处理方案时，宜选取不同的方法进行对比选择。对复合地基而言，针对不同土性、设计要求，选取适宜的成桩工艺和增强体材料至关重要。一方面要加强设计阶段各项参数的选取，另一方面要加强施工过程控制，严格按照设计要求施工，保证工程质量。

[1]薛殿基.复合地基桩处理技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2011.

[2]高勇.复合地基处理及其工程实例[M].北京:科学出版社,2007.

[3]徐至钧.强夯和强夯置换法加固地基(建筑地基处理技术丛书) [M].北京:机械工业出版社,2004.

[4]张庆国.强夯法加固机理与应用[M].山东济南:山东科学技术出版社,2003.

U415

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1009-7716（2017）04-0220-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.065

2017-01-23

张弘（1983-），男，湖南长沙人，工程师，从事道路与桥梁设计工作。